Chapter 6-非氧化物耐火材料.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Fe塑性相在成坯过程的作用 表 1-11坯体的性能指标 109 2.94 12.5 LMN 113 2.99 10.6 MMN 135 3.04 9.2 HMN 耐压强度/MPa 体积密度/(g·cm-3) 显气孔率/％ 编号 烧后试样的性能 表 1-12 烧后试样的性能指标 8.4 33.2 2.74 21.5 LMN 13.2 41.4 2.75 21.4 MMN 13.6 48.4 2.84 19.4 HMN 高温抗折强度(1400℃×30min,埋碳) /MPa 耐压强度/MPa 体积密度/(g·cm-3) 显气孔率/％ 编号 ?-sialon材料 ?-sialon的发现 ?-sialon材料的性能 合成?-sialon工艺条件的热力学 研究 Si、Al金属过渡相工艺合成各种z值的?-sialon的研究 β-Sialon材料的抗渣铁碱的侵蚀性能 引言 ?-Sialon最初是由Si3N4+Al2O3+AlN等氮化物和氧化物为原料合成； 是利用碳热还原法制备β-Sialon的工艺 ; 金属Si或Si和Al和氧化物在氮气氛下通过氮化烧结直接制备?-Sialon复合耐火材料。 ?-sialon的发现 G.Ervin 最早在1970年发现SiC-AlN 固溶体的实用性并首次申请专利。 七十年代初，日本的Oyama Y.和英国的Jack K.H.发现把Al2O3加入到Si3N4中进行热压烧结。他们还发现这种固溶体中的Si3N4的Si原子和N原子同时分别被Al原子和O原子置换并保持电中性，形成了一个Si-Al-O-N固溶体，其缩写为Sialon。 1975年以后Jackhe K.H.和Gauckler L.J.等人制出了1700oC-1780oC时Si-Al-O-N系的行为图 。 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2系1700oC的等温截面图 由于Si3N4存在?与?两种晶型，因此将固溶在?-Si3N4固溶体称为??-Si3N4, 后来称为??-Sialon，目前简称为?-Sialon。化学通式用为 Si6-ZAlZOZN8-Z ，Z 表示氮化硅中被取代的硅原子和氮原子数目。 (6-Z)Si3N4 + ZAl2O3 + ZAlN = 3Si6-ZAlZOZN8-Z ?-sialon材料的性能 β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定性最佳的一种固溶体 ； β-Sialon的热膨胀系数[2-3×10-6(1/℃)]，稍低于β-Si3N4，而导热系数比β-Si3N4要低得多，并且具有优良的抗热震稳定性 。 具有优良的抗熔铁和熔渣侵蚀性 ； β-Sialon因保持有氮化硅的晶格，所以具有良好的机械强度、硬度等物理特性。 轴承、密封件、焊接套管和定位梢 ，汽车内燃机挺杆 ； 连铸分流环、热电偶保护管、坩埚、铜、铝合金管拉拔芯棒、滚轧、挤压、压铸模具 ； 透明陶瓷，作为大功率高压钠灯灯管，高温红外测温仪窗口； 人工关节 。 合成?-sialon工艺条件的热力学研究 Si3N4、 Al2O3和AlN合成 ； 金属Si、Al和Al2O3合成 ； 高岭土或煤矸石等合成 。 应满足的基本热力学条件只有一个，即?-sialon能稳定存在的温度及氧分压的条件 。 煤矸石合成?-sialon 煤矸石中的高岭石分解为莫来石、二氧化硅等； 形成33R、碳化硅及氧化铝等中间产物 ； 形成?-sialon 。 碳热还原氮化过程煤矸石成分随温度的变化 1450oC时煤矸石的形貌 1600oC×2h后?-sialon的形貌 3Al2Si2O5(OH)4 → 3Al2O3·2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O SiO2 + C = SiO(g) + CO(g) 3Al2O3·2SiO2+2C =3Al2O3+2SiO(g) +2CO(g) Al2O3 + 2C = Al2O(g) + 2CO(g) SiO(g) + 2C = ?-SiC + CO(g) 5Al2O3+SiO(g)+5N2+14C= SiAl10O2N10(33R) + 14CO(g) 5Al2O(g)+ SiO2 +5N2+5C= SiAl10O2N10 (33R) + 5CO(g) 3SiC+ 3Al2O-(g)+ 3SiO 2 +5N2 = 2Si3Al3O3N5 + 3CO(g) 3SiAl10O2N10+27SiO(g)+10N2+3C=10Si3Al3O3N5(?-Sialon)+3CO(g) 只要氧分压满足? 10-18 MPa以后，在1723K条件下?-Sia